[发明专利]一种光纤传感信号的抗偏振衰落报警算法

摘要

本发明公开了一种光纤光栅传感信号的抗偏振衰落方法及报警算法，首先使用三态偏振分集接收器接收两相邻光纤光栅反射回来的干涉信号，将偏振态不确定的干涉信号分成三路，再由系统的信号发生器调制形成每路三组移相光强信号。然后通过每路的三组移相光强信号在一段采样时间中相互比较求解三路移相光强信号干涉对比度的大小，确定三路移相光强信号中对比度最好的一路，再结合三步移相算法进行光纤传感器振动的相位解调。然后采用离散差分算法处理相位信号序列并设定报警的阈值，统计差分后离散差分信号超过阈值的数目判断是否报警。该判定干涉信号对比度的方法实时性强，准确性高；报警算法监测动态信号变化能力强、精度较高、抗环境干扰能力强。

主权项

1.一种光纤传感信号的抗偏振衰落报警算法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、打开激光光源，使出射光依次经过隔离器、光开关和相位调制器；其中，信号发生器分别与光开关和相位调制器连接，由信号发生器产生脉冲信号作用于光开关，产生连续光脉冲，作用于相位调制器，产生连续相位脉冲调制；形成经相位调制的激光脉冲光束，经过相位调制的激光脉冲光束进入环形器的第1端口，通过其第2端口进入熔接的光纤光栅组；光纤光栅组感应环境的振动信号，而当脉冲光束透过光纤光栅组中的不同光纤光栅时，均有部分脉冲光束返回环形器，相邻两光纤光栅反射的信号在环形器中产生干涉，接着从环形器第3端口输出干涉信号；步骤2、相邻两个光纤光栅产生的干涉光强信号I(t)表达式如下：其中，合相位为初始相，为漂移相，表示振动信号相，A、B均为常数；为相位调制器产生的0、三路光强信号的相位间隔，代入得到新的三路干涉光强信号I(n)如下式：即：采用三态偏振分集接收器接收从环形器3端口出射的偏振态不确定的干涉信号，并将其分成新的三路干涉信号，每一路干涉信号都包含三组上述的干涉光强信号；三路干涉信号通过三个光电探测器转换为三路光强电信号，数据采集模块采集光强电信号，并将其送入数据处理模块；数据处理模块通过标定相位调制信号和接收信号的延时，最终得到相邻两个光纤光栅发生干涉后产生三路共九组移相光强信号I11、I12、I13、I21、I22、I23、I31、I32、I33；步骤3、设第一路的三组移相光强信号分别为I11，I12，I13，则|I11‑I12|为B1[cos(θ)+sin(θ)]，|I11‑I13|为2B1sin(θ)，|I12‑I13|为B1[cos(θ)‑sin(θ)]；将|I11‑I12|，|I11‑I13|，|I12‑I13|中的最大项记作Imax1；以同样的方式求出第二路的Imax2及第三路的Imax3；在同一时刻下，Imax1、Imax2及Imax3三者同时为Bi[cos(θ)+sin(θ)]、2Bisin(θ)或Bi[cos(θ)+sin(θ)]中的某一项(其中i＝1，2或3)；在某一时刻，若Imax1、Imax2及Imax3分别为B1[cos(θ)+sin(θ)]、B2[cos(θ)+sin(θ)]、B3[cos(θ)+sin(θ)]，则比较Imax1、Imax2及Imax3的大小即可得出B1、B2、B3的大小；以同样的方式可以比较不同时刻下Bi值的大小，将Bi值最大的一路确定为对比度最大的一路移相光强信号；步骤4、选取对比度最大的一路移相光强信号记作I1、I2、I3，再进行三步移相法的求解并解包得到相位信号，相位信号包含了时域上相位的信息，相位信号进行前向差分计算得到离散差分信号，离散差分信号反应了相位信号的变化信息，其中变化较大的信号段表明环境中存在扰动信号；通过采集计算各种环境下的离散差分信号进行信号阈值Tmin的设定，将一段时间内采集的数据进行一次离散差分信号超出阈值点数量的统计，当穿越阈值点的数量超过额定值时进行报警。